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Selbsttätige schnell wirkende Einrichtung zum Konstanthalten der Spannung
oder des Leistungsfaktors in Wechselstromnetzen Beim Betrieb von langen Hochspannungsleitungen
ist es üblich, mit der Leitung einen Phasenschieber zu verbinden, um die Leistungsfaktoränderungen
auszugleichen. Die Erregung der Synchronmaschine wird durch einen Spannungsregler
beeinflußt, der von der Spannung auf der Leitung abhängig ist. Da die Spannungsschwankungen
des Systems eine Funktion der Leistungsfaktoränderungen sind, wird der Spannungsregler
zur Regelung der Erregung der Maschine so eingestellt, daß er den Betrag des vor-
oder nacheilenden Stromes verändert, welcher aus der Leitung entsprechend der erforderlichen
Leistungsfaktoränderüng entnommen wird.
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Es ist wünschenswert, die Erregung der Maschine in weiten Grenzen
regeln zu können, um den gewünschten Leistungsfaktor bei. den verschiedenen Belastungsbedingungen
derLeitung aufrechterhalten zu können. Wenn die Belastung der Leitung verhältnismäßig
klein ist, ist die kapazitive Reaktanz der Leitung bedeutend größer als die induktive
Reaktanz, so daß man im Ergebnis in diesem Falle einen voreilenden Leistungsfaktor
bekommt. In diesem Falle ist es notwendig, die Erregung des Generators auf einen
sehr niedrigen Wert einzustellen, so daß er nacheilenden Stronc aus der Leitung
aufnimmt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Veränderung der Generatorerregung
entsprechend den Änderungen des Leistungsfaktors der Leitung möglichst schnell vorzunehmen,
so daß der Leistungsfaktor bei Belastungsänderungen in kürzester Zeit wieder auf
seinen festgesetzten Wert kommt.
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Es ist demnach eine schnell wirkende Einrichtung zum Konstanthalten
der Spannung oder des Leistungsfaktors in Wechselstromnetzen mit in Abhängigkeit
von .der Netzspannung geregelten Generatoren oder Phasenschiebern erforderlich,
deren Erregungvon einem an einer Hilfsstromquelle liegenden Stromkreis beeinflußt
wird. Für solche Einrichtungen ist es schon bekannt, die Erregung dadurch zu beeinflussen,
daß durch augenblickliches Aus- bzw. Einschalten von Widerständen eine plötzliche
über die Erfordernisse der Betriebslage hinausgehende Feldänderung hervorgerufen
wird und durch eine zweite Schalthandlung mittels Regelwiderstände eine den Erfordernissen
der Betriebslage angepaßte Feldänderung herbeigeführt wird. Das hat man bisher dadurch
erzielt, daß in Reihe mit
der Feldwicklung der Erregermäschirie
ein Regelwiderstand und ein normalerweise kurzgeschlossener Widerstand an die Hilfsstrom
quelle angeschlossen wird. Hierbei wird plötzlichenFeldänderung derkurzgeschlosst"n&
Widerstand in den Stromkreis eingeschält und der Regelwiderstand kurzgeschlossen
und gleichzeitig entsprechend den Betriebserfordernissen verstellt. Bei einer anderen
bekannten Anordnung ist eine mit zwei Erregerwicklungen versehene Erregermaschine
notwendig, um die Spannung des Generators den jeweiligen Betriebserfordernissen
anzupassen.
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Bei Einrichtungen der oben beschriebenen Art, bei denen also die Erregung
der .zu regelnden Generatoren oder Phasenschieber dadurch verändert wird, daß ein
kurzgeschlossener Widerstand plötzlich in den Stromkreis eingeschaltet bzw. Regelwiderstände
kurzgeschlossen werden, während gleichzeitig eine den Erfordernissen der Betriebslage
entsprechende Änderung der Erregung durch Verstellen des Regelwiderstandes herbeigeführt
wird, wird erfindungsgemäß an Stelle des Regelwiderstandes eine in' Abhängigkeit
von den Änderungen der Netzspannung einstellbare Brückenanordnung von Widerständen
vorgesehen. Der Vorteil der Erfindung besteht gegenüber den bekannten Anordnungen
darin, daß unter Vermeidung einer besonderen Hilfserregerwicklung für dieErregermaschine
mit Hilfe der Brückenschaltung für weitgehende Feldschwächung eine Umkehrung der
Stromrichtung in der Erregerwicklung der Erregermaschine, also eine negative Erregung
möglich ist.
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Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der@Erfindung. In Fig.
i ist mit 2 ein Synchrongenerator bezeichnet, dessen Ankerwicklung 3 mit dem Leitungssystem
4, 5, 6 und dessen Erregerxz"icklung 7 mit einer Erregermaschine 8 verbunden ist.
Diese Erregermaschine hat eine Ankerwicklung i i und eine Feldwicklung 12. 14 und
15 sind Rheostaten finit entsprechenden Widerstandselementen 16 und 18, welche von
einem gemeinsamen Steuermotor 22 mit Hilfe_ der beweglichen Kontaktarme 17 und i9
und einer Welle 21 gleichzeitig eingestellt werden.
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Die Feldwicklung 12 der Erregermaschine8 ist mit einem Gleichstromnetz
24 und 25 verbunden. Der Erregerstrom fließt von dem positiven Batteriepol über
eine Leitung 27, einen Teil des Widerstandes 16, den Kontaktarm 17, eine Leitung
a9, die Erregerwicklung 12, eine Leitung 31, einen Widerstand 32, eine Leitung 33,
Kontaktarm i9, einen Teil des Widerstandes 18 und eine Leitung 34 rum negativen
Pol des -Gleichstromnetzes. Der Steuermotor 22 wird von Schützen 36, 37 gesteuert,
die ihrerseits in Abhängigkeit von einem Spannungsrelais 38 arbeiten. Die Erregerwicklung
41 des Steuermotors liegt am Gleichstromnetz 24, 25; die Ankerwicklung42 mit Hilfe
der Leitungen 43 und 44 mit den iveglichen Armen 46 bzw. 47 der Schütze36 d:v. 37
verbunden.
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iber Kontaktarm 46 des Schützes 36 wird von einem Elektromagneten
48 gesteuert. Er trägt oberhalb eines Drehpunktes bewegliche lontaktstück e
51, 52, 53, 54 und unterhalb seines Drehpunktes Kontaktstücke 55, 56, 57,
die mit entsprechenden festen Kontaktstücken 61 bis 67 zusammenarbeiten. Durch eine
Feder 68 werden normalerweise die unteren Kontakte geschlossen gehalten.
Ähnlich ist das Schütz 37 gebaut. Sein beweglicher Kontaktarm 47 trägt oberhalb
des Drehpunktes Kontaktstücke 71, 72 und unterhalb des Drehpunktes Kontaktstücke
73, 74. die mit entsprechenden festen Kontakten 75 bis 78 zusammenarbeiten. 79 ist
die Rückstellfeder und 7o die Erregerspule dieses Schalters.
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Die festen Kontaktstücke 65 und 77 der Schütze sind -durch eine Leitung
Si an den negativen Pol des Gleichstromnetzes gelegt. Die festen Kontaktstücke 64
und 76 der Schütze sind durch eine Leitung 82 zum positiven Pol des Gleichstromnetzes
geführt. Sie verbinden eine Seite der Ankerwicklung 42 des Steuermotors mit der
Leitung 24 bei der Betätigung eines der Schütze und verbinden die andere Seite der
Ankerwicklung 42 mit der Leitung 24 bei Betätigung des anderen Schützes.
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In der'gezeichneten Stellung ist die Ankerwicklung 42 des Steuermotors
durch die Kontaktstücke 55, 65 und 73, 77, kurzgeschlossen. Wenn aber eines oder
das andere der Schütze 36 bz-,v.,37 erregt wird, dann wird der Motor 2z an das Netz
24, 25 gelegt, so daß er entweder in der einen oder anderen Richtung angetrieben
wird. .
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In der gezeichneten Stellung schließt das Schütz 36 ferner durch die
Kontaktstücke 56, 66 und 57, 67 die Rheostaten 14 und 15 an das Netz 24, 25. Der
Stromkreis für den Rheostaten 14 geht von der Leitung 24 durch einen Leiter 27,
den Widerstand 16, einen Leiter 84, die Kontaktstücke 55, 66, einen Leiter 81 zur
Leitung 25. . Der Stromkreis für den Rheostaten 15 geht von der Leitung 25 durch
einen Leiter 34, den Widerstand 18, eine Leitung 85, die Kontaktstücke 57, 67, eine
Leitung 86 und die Leitung 82 zur Leitung 24.
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Das Schütz 37 schließt in der gezeichneten Lage mit den Kontaktstücken
74, 78 einen Stromkreis, welcher einen Widerstand 32 im Erregerstromkreis - der
Erregermaschine kurzschließt. Das Spannungsrelais 38 besitzt einen Kern 9o und eine
Erregerwicklung 91,
die entsprechend der Spannung des Systems 5,
6 über einen Spannungswandler 92 erregt wird. Der Kern 9o ist mit einem Steuerarm
93 verbunden, welcher bewegliche KontaktstÜcke 9d., 95 trägt, die mit den festen
Kontaktstücken 96, 97 zusammenarbeiten. Die Feder 99 verhindert normalerweise das
Schließen der oberen Kontakte. Wenn diese oberen Kontakte sich schließen, ist der
Erregerstromkreis für den Elektromagneten 7o des Schützes 37 geschlossen, während
beim Schließen der unteren Kontakte 95, 97 der Erregerstromkreis des Elektromagneten48
für das Schütz 36 geschlossen wird.
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Die Erregerwicklung 12 ist mit den Kontaktarmen 17 und i9 der Rheostaten
14 bzw. 15 verbunden. Wenn diese Kontaktarme in ihrer Mittelstellung stehen, sind
die Spannungsabfälle in jedem Widerstand bis zu dem Punkt hin, wo der Kontaktarm
angeschlossen ist, gleich groß. Diese Kontaktpunkte befinden sich daher auf demselben
Potential, und es fließt kein Strom durch die Erregerwicklung i2. Wenn die Kontaktarme
jedoch aus ihrer Mittelstellung verdreht werden, treibt die zwischen ihnen bestehende
Potentialdifferenz Strom durch -die Erregerwicklung. Die Richtung dieses Stromes
ist davon abhängig, welcher der beiden Kontaktarme sich auf höherem Potential befindet.
Auf diese Weise kann die Erregung der Erregermaschine von einem maximalen Wert bis
zu einem sehr kleinen Wert verändert werden, um den Synchrongenerator untererregt
zu betreiben, und sie kann auch, umgekehrt werden, so daß die Spannung, die der
Erregerwicklung 7 des Synchrongenerators aufgedrückt wird, unter die Restspannung
der Erregermaschine 8 reguliert werden kann.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Wenn an die Leitung., 5, 6
Lichtbelastung angeschlossen ist, wird der Synchrongenerator untererregt und wird
veranlaßt, einen nacheilenden Strom aus der Leitung zu entnehmen und die Wirkung
des Ladestromes der Leitung zu überwinden, so. daß der Leistungsfaktor der Leitung
den gewünschten Wert behält.
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Wenn die induktive Belastung auf der Leituug wächst, dann steigt der
Betrag des nacheilenden Stromes in der Leitung, so daß die Spannung in der Leitung
fällt. Wenn diese Spannungsabsenkung einen bestimmten Wert erreicht hat, schließt
das Spannungsrelais 38 die Kontakte 95, 97, so daß das Schütz 36 anspricht. Der
Erregerstromkreis für die Spule .f8 dieses Schützes geht vom positiven Pol des Gleichstromnetzes
24, 25 durch die Leitung 82, den Arm 93, die Kontaktstücke 95, 97, eine Leitung
1o2, die Erregerwicklung 48, eine Leitung 103, die Leitung 81 zum negativen Pol.
Durch die Betätigung des Schützes 36 werden die unter dem Drehpunkte liegenden Kontakte
geöffnet und die über dem Drehpunkt liegenden Kontakte geschlossen. Hierdurch ,wird
ein Stromkreis für den Anker 42 des Steuermotors geschlossen, der von der Leitung
24 durch die Leitung 82, die Leitung io6, die Kontaktstücke 6q., 54, den Kontaktarm
.46, die Leitung 43, die Ankerwicklung 42, die Leitung 44, Kontaktarm 47, die Kontaktstücke
73, 77 und die' Leitung 81 zur Leitung 25 geht. Der Motor 22 wird jetzt in einer
Richtung angetrieben, so daß er den Teil ,edes Widerstandes 16, 18, der in dem Erregerstromkreis
der Erregerwicklung 12 liegt, verkleinert. Hierdurch wird die Erregung der Erregermaschine
8 und damit die des Synchrongenerators vergrößert.
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Die Kontaktstücke 53, 63 des Unischalters 36 schließen den Rheostaten
14 kurz und verbinden einen Anschlußpunkt derFeldwicklung 12 mit der Leitung 2.4.
Dieser Stromkreis geht vom Leiter 29 durch den Leiter io8, Kontaktstücke 53, 63,
den Leiter io6, denLeiter 82 zur Leitung 2q.. An den Kontaktstükken 52, 62 schließt
der Umschalter 36 ferner einen Kurzschlußstromkreis für den Rheostaten 15 und verbindet
den anderen Anschlußpunkt der Erregerwicklung 12 mit der Leitung 25. Dieser Kurzschlußstromkreis
geht son dem Leiter 33 durch den Leiter io9, die Kontaktstücke 52, 62, den Leiter
103, den Leiter 81 zur Leitung 25. Diese beiden Stromkreise, welche die Rheostaten
1q. und 15 kurzschließen und sie damit aus dem .,Stromkreis der Erregerwicklung
12 ausschalten, verursachen, daß die Spannung der Erregermaschine 8 sehr steil ansteigt.
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Die Kontaktstücke 56, 66 und 57, 67 sind in diesem Falle geöffnet
und unterbrechen damit die Stromkreise, welche die Rheostaten 14 und 15 mit den
Leitungen 24 und 25 verbinden, bevor die Kontaktstücke 52, 62 und 53, 63 sich schließen.
Hierdurch wird ein Kurzschluß zwischen den Leitungen 2¢ und 25 verhindert, für den
Fall, daß die Rheostaten 1.4 und 15 in ihren äußersten Stellungen arbeiten.
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Durch Schließen der Kontaktstücke 51 und 61 schließt der Umschalter
36 ferner einen Teil des Widerstandes 112 kurz, der im Stromkreis der Erregerwicklung
9i des Spannungsrelais ,liegt. Hierdurch steigt die Erregung der Spule 91 ein wenig
an und; beschleunigt das Öffnen der Kontaktstücke 94 und 95. Hierdurch wird ein
Überregeln verhindert.
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Wenn die Spannung der Synchronmaschine 2 ihren normalen Wert erreicht,.
öffnen sich die Kontakte 95 und 97, das Schütz 36 wird unmittelbar in die gezeichnete
Stellung zurückgestellt, schließt den oben verfolgten Stromkreis an den Kontaktstücken
57, 67 und
verursacht, daß der Steuermotor 2o pnmittelbar zum n@Stehea#,komiut:@-
Die Stromkreise durch die Kontaktstücke 52, 62, 53, 63 werden gleichfalls unterbrochen,
und wenn die Kontaktstücke 56, 66 und 57, 67 wieder in Beriihrung kommen, werden
die Rheostaten 14 und 15 wieder in den Stromkreis der Erregerwicklung 12 eingeschaltet.
Für den Fall, daß durch die Bewegung der Kontaktarme 17 und z9 genügend viel Widerstand
aus dem Stromkreis der Erregerwicklung i2 ausgeschaltet worden ist, um die Erregung
der Maschine 2 so weit zu verbessern, daß sie auf ihren normalen Wert kommt,. bleibt
das System in Ruhe, bis eine andere Veränderung der Leitungsspannung auftritt.
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Wenn das plötzliche Anwachsen in der Erregung der Erregerwicklung
12, welches durch das Kurzschließen der Rheostaten 14 und 15 verursacht wird" den
Betrag des nacheilenden Stromes auf der Leitung vermindert hat und die Spannung
auf der Leitung so schnell angewachsen ist, daß die volle Korrektur durch Einstellung
der Rheostaten noch nicht erreicht worden ist, dann fällt die Spannung auf der Leitung
4, 5, 6 wieder, so daß sich die Kontakte 95 und 97 des Spannungsrelais 38 wieder
schließen und somit denselben Regelvorgang noch einmal verursachen. Das wird selbsttätig
so lange wiederholt, bis der Leistungsfaktor den gewünschten Wert hat.
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Wenn .die induktive Belastung auf der Leitung kleiner wird, nimmt
auch der Betrag des nacheilenden Stromes in der Leitung ab, und die Spannung steigt.
Wenn diese Steigerung der Spannung einen bestimmten Wert, über= schreitet, spricht
das Spannungsrelais 38 an und schließt die oberen Kontakte 94 und 96. Hierdurch
wird das Schütz 37 betätigt. Der Erregerstromkreis für die Spule 70 geht
von der Leitung 24 durch den Leiter 82, den Steuerarm 93, Kontaktstücke 94, 96,
den Leiter i14, die Erregerwicklung 7o, den Leiter i 15 und den Leiter 81
zur Leitung 25. Das Schütz 37 öffnet beim Ansprechen die unter dem Drehpunkte liegenden
Kontakte und schließt die über dem Drehpunkt liegenden Kontakte. Jetzt wird ein
Motorstromkreis für den Motor 22 -geschlossen, so daß dieser in der entgegengesetzten
Richtung zu laufen beginnt. Dieser Motorstromkreis geht von der Leitung 24 durch
den Leiter 82, den Leiter 116, die Kontaktstücke 76, 72, den Arm 47, den Leiter
44, die Ankerwicklung 42, den Leiter 43, den Arm 46, die Kontaktstücke 55, 65 und
den Leiter 81 zur Leitung 25. In diesem Falle verstellt der Motor die beweglichen
Arme 17 und i9 derart, daß der Anteil der Widerstände 16 und 18, die im Stromkreis
der Erregerwicklung 12 liegen, vergrößert. wird, so daß hierdurch die Spannung der
Erregermaschine 8 und damit auch die der Synchronmaschine 2 verringert wird.
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Durch die Betätigung des Schützes 37 wird der an den Kontakten 74,
78 befindliche Kurzschluß des Vorwiderstandes 32 aufgehoben, so daß hierdurch die
Erregung plötzlich während der Arbeit der Rheostaten 14 und 15 verkleinert wird.
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' Durch Schließen der Kontaktstücke 71 und 75 wird parallel zu der
Erregerwicklung 9i des Spannungsrelais ein Widerstand 118 gelegt, so daß die Erregung
dieser Wicklung sich verkleinert und das Öffnen der Kontaktstücke 94 und 96 beschleunigt
wird, um ein Überregeln zu vermeiden.
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Wenn die Spannung auf der Leitung 4, 5, 6 genügend gesunken ist, öffnen
sich die Kontakte 94 und 96. Das Schütz 37 wird in die gezeichnete Lage zurückgestellt,
der Motor 22 wird stillgesetzt, und der Widerstand 32 wird durch Schließen der Kontakte
74, 78 wieder aus dein. Stromkreis der Erregerspule 12 herausgenommen.
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Wenn das Arbeiten der Rheostaten 14 und 15 nicht dazu genügt hat,
die Erregung der Maschine?, so einzustellen, daß sie mehrnacheilenden Strom
aus der Leitung entnimmt, um die Spannung bis auf den gewünschten Wert zu verringern,
spricht das Spannungsrelais 38 wieder an, so daß sich der beschriebene Vorgang so
lange wiederholt, bis die gewünschte Korrektion eingetreten ist.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen Abwandlungen der in Fig. i dargestellten Schaltung.
Bei dem in Fig. #q. dargestellten Beispiel ist ein Anschlußpunkt der Feldwicklung
12 der Erregermaschine 8 dauernd mit dem Mittelpunkt des Widerstandes 18 fest verbunden,
und der andere Anschlußpunkt der Feldwicklung ist mit dem Widerstand 16 in derselben
Weise, sie es in Fig. i dargestellt ist, mit Hilfe des beweglichen Kontaktarmes
17 verbunden. Der Widerstand 18 ist direkt an die Leitungen 24 und 25 angeschlossen,
ohne das Schütz 36 "zu benutzen. Der Teil des Widerstandes 18, der im Stromkreis
der Erregerwicklung i2 liegt, wird nicht während der Betätigung des Rheostaten 14
kurzgeschlossen, so daß auch die Kontakte 52, 62 auf dem Schütz 36 vermieden werden.
Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist ähnlich der in Fig. i beschrie-. benen.
Der Widerstand 18 dient hier als Teil einerBrückenschaltung,welchedieWiderstände
16 und 18 und. den Erregerwicklungsstrohikreis enthält.
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Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 sind beide Widerstände 16 und
18 direkt mit den Leitungen 24 und 25 verbunden, ohne die entsprechenden Kontaktstücke
des Schützes 36 zu benutzen. Ein Schleifring 122 ist mit dem
Rheostaten
1q. verbunden. Das eine Ende davon ist mit dem Mittelpunkt des Widerstandes
16 verbunden, und das andere Ende ist mit dem beweglichen Kontakt 53 des
Schützes-36 verbunden. Der bewegliche Kontaktarm r7# läuft in leitender Berührung
über den Schlf"-.; ring 122, und wenn das Schütz 36 betätkY worden ist und seine
Kontakte 53, 63 geschlossen hat, wird der Teil des Widerstandes 16, welcher mit
dem Schleifring 122 verbunden ist, kurzgeschlossen.